一种交直流混联系统交流线路的保护方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种交直流混联系统交流线路的保护方法及装置，属于电力系统继电保护技术领域，解决了现有技术中交直流混联系统中换相失败导致的交流线路保护不正确动作的问题。方法包括以下步骤：当监测到交直流混联系统发生故障，则采集逆变侧的交流线路两端母线处的电压及电流、流经交流滤波器和无功补偿装置的电流、直流输电线的直流电流和换流器中换流阀的导通状态；基于采集的信息，得到所述交流线路两端背侧系统的复合模功率差；根据所述复合模功率差与保护动作判据，确定是否发生交流线路的区内故障；若是，则启动交流线路的纵联保护。本发明专利技术解决了换相失败可能导致的交流线路保护不正确动作的问题。护不正确动作的问题。护不正确动作的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种交直流混联系统交流线路的保护方法及装置


[0001]本专利技术涉及电力系统继电保护
，尤其涉及一种交直流混联系统交流线路的保护方法及装置。

技术介绍

[0002]随着电力系统的发展，高压直流输电在实际工程中的应用越来越广泛，电力电子设备的应用也使得电网运行更加复杂。在交直流混联系统中，极易发生换相失败，导致传统交流线路保护拒动、误动，因此，考虑换相失败发生的情况下，快速准确地隔离交流线路故障，对保障电网的安全稳定运行具有重要意义。
[0003]目前，交流线路纵联保护根据测量元件基于的物理量，主要分为两类：基于暂态量的纵联保护和基于稳态量的纵联保护。暂态量纵联保护主要利用故障初始行波的极性、幅值及线路两端行波电流差等信息构成保护判据，具有超高速的动作特性，但由于逆变站交流母线处安装的无功补偿设备和交流滤波设备，近逆变侧的保护单元处无法检测到电压行波信号，导致需要利用电压行波信号的传统行波保护原理如幅值比较式、极性比较式方向纵联行波保护等难以继续适用于近逆变站交流输电线路。稳态量纵联保护采用稳态工频量、故障突变量构造判据。目前实际应用的纵联主保护大部分为传统基于稳态量的纵联主保护，但其应用于交直流混联系统时，一方面换流站电力电子器件的非线性及直流系统控制的快速响应将导致直流系统馈入交流系统的等值工频电流特性发生改变；另一方面，换相失败引起的谐波和非周期分量也会影响傅氏算法的准确性，使得提取的工频电气量出现波动，因此，保护可能会出现拒动、误动的情况。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种交直流混联系统交流线路的保护方法及装置，用以解决现有交直流混联系统中换相失败导致的交流线路保护不正确动作的问题。
[0005]一方面，本专利技术实施例提供了一种交直流混联系统交流线路的保护方法，包括以下步骤：
[0006]当监测到交直流混联系统发生故障，则采集逆变侧的交流线路两端母线处的电压及电流、流经交流滤波器和无功补偿装置的电流、直流输电线的直流电流和换流器中换流阀的导通状态；
[0007]基于采集的信息，得到所述交流线路两端背侧系统的复合模功率差；
[0008]根据所述复合模功率差与保护动作判据，确定是否发生交流线路的区内故障；若是，则启动交流线路的纵联保护。
[0009]进一步地，所述基于采集的信息，得到所述交流线路两端背侧系统的复合模功率差，具体为：
[0010]根据采集交流线路两端母线处的电压及电流的0模分量、2模分量，得到交流线路
两端背侧系统的0模、2模实际功率；
[0011]根据采集的换流器中换流阀的导通状态，获取换流器的运行工况；
[0012]根据换流器的运行工况和采集的交流线路两端母线处的电压及电流、流经交流滤波器和无功补偿装置的电流、直流输电线的直流电流，得到交流线路两端背侧系统的0模、2模参考功率；
[0013]基于所述交流线路两端背侧系统的0模、2模实际功率和参考功率，得到所述交流线路两端背侧系统的复合模功率差。
[0014]进一步地，所述换流器包括D桥、Y桥换流器，所述D桥、Y桥换流器的运行工况均包括：
[0015]运行工况1：正常换相的两阀臂导通状态，包括不同相的2阀臂导通；
[0016]运行工况2：正常换相的三阀臂导通状态，包括3阀臂导通，且每相至少有一个阀臂导通；
[0017]运行工况3：换流器交流侧断路，包括1阀臂导通、共阴极或共阳极2阀臂导通、2阀臂导通但只有一相的阀臂导通、共阳极或共阴极的3阀臂导通、无阀臂导通；
[0018]运行工况4：换流器两相桥臂直流短路，包括3阀臂导通但只有两相的阀臂导通、4阀臂导通但只有两相的阀臂导通；
[0019]运行工况5：换流器三相桥臂直流短路，包括4阀臂导通且每相至少有一个阀臂导通、5阀臂导通、6阀臂导通。
[0020]进一步地，将交流线路中与逆变侧换流器相连的一端母线处作为M端，交流线路的另一端母线处作为N端；所述交流线路两端背侧系统的复合模功率差表示为：
[0021][0022]式中，E
m
、E
n
分别为交流线路M、N端背侧系统的复合模功率差；N1表示总采样点数；P
m0
(q)、P
m2
(q)分别为第q个采样点的交流线路M端背侧系统的0模、2模参考功率，P
′
m0
(q)、P
′
m2
(q)分别为第q个采样点的交流线路M端背侧系统的0模、2模实际功率；P
n0
(q)、P
n2
(q)分别为第q个采样点的交流线路N端背侧系统的0模、2模参考功率，P
′
n0
(q)、P
′
n2
(q)分别为第q个采样点的交流线路N端背侧系统的0模、2模实际功率。
[0023]进一步地，所述交流线路M端的背侧系统的0模、2模参考功率P
m0
、P
m2
表示为：
[0024][0025][0026]式中，i
m0
、i
m2
分别为M端电流的0模分量、2模分量；u
m0
、u
m2
分别为M端电压的0模分量、2模分量；i
C0
、i
C2
分别为流经交流滤波器与无功补偿装置电流的0模、2模分量；i
d
为直流输电线的直流电流；k
D
为D桥Y/
△
换流变压器的变比，k
Y
为Y桥Y/
△
换流变压器的变比；L
Dr
为D桥Y/
△
换流变压器折算至阀侧的电感，L
Yr
为Y桥Y/
△
换流变压器折算至阀侧的电感；U
m
为M端换流母线的电压幅值；S
ij2
为D桥换流器在运行工况i、Y桥换流器在运行工况j时各换流阀对应的2模导通状态系数矩阵；X
ij2
为D桥换流器在运行工况i、Y桥换流器在运行工况j时各换流阀对应的2模电流导通系数，其中，i,j∈{1,2,3,4,5}。
[0027]进一步地，所述交流线路N端的背侧系统的0模、2模参考功率P
n0
、P
n2
表示为：
[0028][0029][0030]式中，i
n0
、i
n2
分别为N端电流的0模分量、2模分量；u
n0
、u
n2
分别为N端电压的0模分量、2模分量；u
s2
为N端背侧系统的等效电压源电压的2模分量；R
s
、L
s
分别为N端背侧系统的等效电阻和等效电感。
[0031]进一步地，所述保护动作判据具体为：
[0032]若E
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交直流混联系统交流线路的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：当监测到交直流混联系统发生故障，则采集逆变侧的交流线路两端母线处的电压及电流、流经交流滤波器和无功补偿装置的电流、直流输电线的直流电流和换流器中换流阀的导通状态；基于采集的信息，得到所述交流线路两端背侧系统的复合模功率差；根据所述复合模功率差与保护动作判据，确定是否发生交流线路的区内故障；若是，则启动交流线路的纵联保护。2.根据权利要求1所述的交直流混联系统交流线路的保护方法，其特征在于，所述基于采集的信息，得到所述交流线路两端背侧系统的复合模功率差，具体为：根据采集的交流线路两端母线处的电压及电流的0模分量、2模分量，得到交流线路两端背侧系统的0模、2模实际功率；根据采集的换流器中换流阀的导通状态，获取换流器的运行工况；根据换流器的运行工况和采集的交流线路两端母线处的电压及电流、流经交流滤波器和无功补偿装置的电流、直流输电线的直流电流，得到交流线路两端背侧系统的0模、2模参考功率；基于所述交流线路两端背侧系统的0模、2模实际功率和参考功率，得到所述交流线路两端背侧系统的复合模功率差。3.根据权利要求2所述的交直流混联系统交流线路的保护方法，其特征在于，所述换流器包括D桥、Y桥换流器，所述D桥、Y桥换流器的运行工况均包括：运行工况1：正常换相的两阀臂导通状态，包括不同相的2阀臂导通；运行工况2：正常换相的三阀臂导通状态，包括3阀臂导通，且每相至少有一个阀臂导通；运行工况3：换流器交流侧断路，包括1阀臂导通、共阴极或共阳极2阀臂导通、2阀臂导通但只有一相的阀臂导通、共阳极或共阴极的3阀臂导通、无阀臂导通；运行工况4：换流器两相桥臂直流短路，包括3阀臂导通但只有两相的阀臂导通、4阀臂导通但只有两相的阀臂导通；运行工况5：换流器三相桥臂直流短路，包括4阀臂导通且每相至少有一个阀臂导通、5阀臂导通、6阀臂导通。4.根据权利要求3所述的交直流混联系统交流线路的保护方法，其特征在于，将交流线路中与逆变侧换流器相连的一端母线处作为M端，交流线路的另一端母线处作为N端；所述交流线路两端背侧系统的复合模功率差表示为：
式中，E
m
、E
n
分别为交流线路M、N端背侧系统的复合模功率差；N1表示总采样点数；P
m0
(q)、P
m2
(q)分别为第q个采样点的交流线路M端背侧系统的0模、2模参考功率，P
′
m0
(q)、P
′
m2
(q)分别为第q个采样点的交流线路M端背侧系统的0模、2模实际功率；P
n0
(q)、P
n2
(q)分别为第q个采样点的交流线路N端背侧系统的0模、2模参考功率，P
′
n0
(q)、P
′
n2
(q)分别为第q个采样点的交流线路N端背侧系统的0模、2模实际功率。5.根据权利要求4所述的交直流混联系统交流线路的保护方法，其特征在于，所述交流线路M端的背侧系统的0模、2模参考功率P
m0
、P
m2
表示为：表示为：式中，i
m0
、i
m2
分别为M端电流的0模分量、2模分量；u
m0
、u
m2
分别为M端电压的0模分量、2模分量；i
C0
、i
C2
分别为流经交流滤波器与无功补偿装置电流的0模、2模分量；i
d
为直流输电线的直流电流；k
D
为D桥Y/
△
换流变压器的变比，k
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马静，郝川钧，康静雅，介贺彤，马瑞辰，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：